EP2518460B1 - Lamp module with a deuterium lamp - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lampenmodul insbesondere für Spektralanalysevorrichtungen, umfassend einen Lampenaufnahmekörper, der zur Aufnahme einer Deuteriumlampe mit einem Lampenkolben aus synthetischem Quarzglas einen Hohlraum mit einer Strahlaustrittsöffnung aufweist, die mit einem optischen Durchstrahlungselement verschlossen ist.The invention relates to a lamp module, in particular for spectral analysis devices, comprising a lamp holder body which, for receiving a deuterium lamp with a lamp bulb made of synthetic quartz glass, has a cavity with a beam outlet opening which is closed by an optical transmission element.

Spektralanalysevorrichtungen erfordern eine hohe optische Stabilität im Sinne eines kontinuierlichen, linienfreien Spektrums im gewünschten Wellenlängenbereich. Deuteriumlampen sind bevorzugte Strahlungsquellen für die UV-Spektroskopie, da sie sehr intensive UV-Strahlung im Bereich 180 nm bis etwa 400 nm emittieren. Um ein erweitertes Spektrum abzudecken wird zu der Deuteriumlampe eine zweite Lampe, - in der Regel eine Halogenlampe -, mit einem Spektrum bis in den sichtbaren Bereich dazu geschaltet. Das Spektrum eines derartig kombinierten Lampenmoduls liegt im Wellenlängenbereich zwischen180 nm und 1100 nm.Spectral analysis devices require high optical stability in the sense of a continuous, line-free spectrum in the desired wavelength range. Deuterium lamps are preferred radiation sources for UV spectroscopy, since they emit very intense UV radiation in the range from 180 nm to about 400 nm. In order to cover an extended spectrum, a second lamp - usually a halogen lamp - is added to the deuterium lamp with a spectrum in the visible range. The spectrum of a lamp module combined in this way lies in the wavelength range between 180 nm and 1100 nm.

Ein Problem beim Einsatz von Deuteriumlampen besteht in der Ozonbildung durch die Strahlungsanteile des Deuteriumplasmas unterhalb von 190 nm. Diesem Problem kann begegnet werden, indem für die Lampenkolben der Deuteriumlampe ein spezielles Borosilikatglas, ein so genanntes "UV-Glas" ausgewählt wird, das Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner 190 nm absorbiert. Das UV-Glas weist aber keinen steilen Absorptionsverlauf auf, sondern dieser flacht zum langwelligeren Bereich hin ab. Dadurch wird auch noch ein Teil der Arbeitsstrahlung zwischen 190 nm und 280 nm im Lampenkolben absorbiert und steht daher für die spektralanalytischen Zwecke nicht zur Verfügung.One problem with the use of deuterium lamps is ozone formation due to the radiation components of the deuterium plasma below 190 nm. This problem can be countered by selecting a special borosilicate glass, a so-called “UV glass” for the lamp bulbs, which also contains radiation absorbed a wavelength less than 190 nm. However, the UV glass does not have a steep absorption curve, but this flattens out towards the long-wave one Range down. As a result, part of the working radiation between 190 nm and 280 nm is absorbed in the lamp bulb and is therefore not available for spectral analysis purposes.

Bei einer anderen Variante von Deuteriumlampen wird ein Lampenkolben aus synthetischem Quarzglas eingesetzt, der ganz oder teilweise mit einer Schicht bedeckt ist, die als Interferenz- oder Absorptionsfilter für Wellenlängen unterhalb von 190 nm wirkt. Dieser Lampentyp wird als "ozonfrei" definiert, das keine Strahlung einer Ozon generierenden Wellenlänge aus dem Lampenkolben austritt. Jedoch ist die direkte Aufbringung der ozonunterdrückenden Filterschicht auf dem Lampenkolben aufwändig und bietet hinsichtlich der weiteren Gestaltung des Lampenmoduls wenig Spielraum.Another variant of deuterium lamps uses a lamp bulb made of synthetic quartz glass, which is completely or partially covered with a layer which acts as an interference or absorption filter for wavelengths below 190 nm. This type of lamp is defined as “ozone-free”, since no radiation of an ozone-generating wavelength emerges from the lamp bulb. However, the direct application of the ozone-suppressing filter layer on the lamp bulb is complex and offers little scope for the further design of the lamp module.

Es sind darüber hinaus auch Deuteriumlampen ohne Ozonfilter auf dem Markt, bei denen bei Arbeiten im kurzwelligen Spektralbereich das entstehende Ozon nach außen zwangsentlüftet wird oder ein so genannter Ozonabsorber das Ozon vor dem Austritt in die Umgebung hindert.There are also deuterium lamps without ozone filters on the market, in which when working in the short-wave spectral range the ozone is forced to the outside or a so-called ozone absorber prevents the ozone from escaping into the environment.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 39 02 144 A1 ist eine Deuteriumlampe mit einem Quarzglaskolben bekannt. Der Teilbereich des Lampenkolbens, durch den die erzeugte Strahlung hindurch tritt, ist auf seiner Außenseite mit einem ozonunterdrückenden Filter bedeckt. Es handelt sich um einen Interferenzfilter mit Schichtaufbau, wobei die einzelnen Schichten durch Aufdampfen in Hochvakuumanlagen aufgebracht werden. Diese Auftragsverfahren in Dünnschichttechnik sind kostenintensiv und sind insbesondere für die Herstellung homogener Schichtstrukturen auf gekrümmten Oberflächen nicht uneingeschränkt geeignet. Zudem ist die thermische Belastung dieser Filterschichten direkt auf der Oberfläche des Lampenkolbens im Einsatz sehr hoch, so dass es bereits bei der Herstellung und insbesondere bei längerem Gebrauch dieser Lampen zu einer Schädigung des Filters kommen kann.From the DE 39 02 144 A1 a deuterium lamp with a quartz glass bulb is known. The partial area of the lamp bulb through which the generated radiation passes is covered on the outside with an ozone-suppressing filter. It is an interference filter with a layer structure, whereby the individual layers are applied by vapor deposition in high vacuum systems. These application methods in thin-film technology are cost-intensive and are not particularly suitable for the production of homogeneous layer structures on curved surfaces. In addition, the thermal load on these filter layers directly on the surface of the lamp bulb is very high in use, so that damage to the filter can occur during the manufacture and in particular when these lamps are used for a long time.

US 4 049 987 A betrifft einen Ozonabsorbationsregler für eine Ultraviolettlichtquelle. US 4,049,987 A. relates to an ozone absorption regulator for an ultraviolet light source.

CN 2 861 710 Y betrifft einen tragbaren Multifunktionsstrahler. CN 2 861 710 Y relates to a portable multifunction spotlight.

US 4 910 431 A beschreibt eine Wasserstoffentladungslampe. US 4 910 431 A describes a hydrogen discharge lamp.

US 4 812 657 A betrifft Spektrofotometer mit einer Röhre zum Abstrahlen von ultraviolettem und sichtbarem Licht. US 4,812,657 A relates to spectrophotometers with a tube for emitting ultraviolet and visible light.

EP 0 916 937 A2 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Wasserstoffperoxiddampf- oder -gas-konzentration. EP 0 916 937 A2 relates to an apparatus and a method for measuring a hydrogen peroxide vapor or gas concentration.

Weiterhin ist aus EP 1 186 828 A1 eine Deuteriumlampe ohne Ozonfilter bekannt.Furthermore is off EP 1 186 828 A1 a deuterium lamp without an ozone filter is known.

Der Lampenkolben ist in einem Lampenaufnahmekörper aus Aluminium untergebracht, das von rückwärtiger Seite durch einen Kühlungsventilator mit einem Luftstrom zwangsgekühlt wird. Der Lampenaufnahmekörper um den Lampenkolben herum ist bis auf eine kleine, mit einer Kondensorlinse ausgestatteten Öffnung für den Strahlaustritt vollständig geschlossen. An dem Strahlaustrittsfenster des Lampengehäuses befindet sich ein Anschlussstück, das die Strahlung nach außen führt. Der Luftstrom des Ventilators kühlt beziehungsweise temperiert im Wesentlichen den Lampenaufnahmekörper, erreicht aber die kurzwellige Strahlung in der röhrenförmigen Stahlaustrittsöffnung nicht, so dass dort und auch direkt am Lampenkolben kein Ozon entstehen kann. Da aber das aus der Strahlaustrittsöffnung nach außen austretende Spektrum dieser Lampe auch Wellenlängen kleiner 180 nm umfasst, wird die Ozonbildung außerhalb des Lampenmoduls nicht verhindert.The lamp bulb is housed in an aluminum lamp holder body, which is forced-cooled from the rear by a cooling fan with an air stream. The lamp holder body around the lamp bulb is completely closed except for a small opening equipped with a condenser lens for the beam exit. At the beam exit window of the lamp housing there is a connector that guides the radiation to the outside. The air flow of the fan essentially cools or tempers the lamp holder body, but does not reach the short-wave radiation in the tubular steel outlet opening, so that no ozone can form there and also directly on the lamp bulb. However, since the spectrum of this lamp emerging from the beam outlet opening also includes wavelengths less than 180 nm, the formation of ozone outside the lamp module is not prevented.

Ein ähnlicher Lampenaufbau ist auch aus der EP 1 201 984 A1 bekannt. Hier ist jedoch zusätzlich zur Deuteriumlampe noch eine Halogenlampe vorgesehen, um ein erweitertes Wellenlängenspektrum für die Spektralanalyse zur Verfügung zu haben. Derartige Systeme werden auch als UV-VIS-Module bezeichnet, da das Spektrum bis in den sichtbaren Bereich (VIS = visible) reicht.A similar lamp structure is also from the EP 1 201 984 A1 known. Here, however, in addition to the deuterium lamp, a halogen lamp is provided in order to have an extended wavelength spectrum available for the spectral analysis. Such systems are also referred to as UV-VIS modules because the spectrum extends into the visible range (VIS = visible).

Deuteriumlampe und Halogenlampe sind hintereinander auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet. Der Lampenaufnahmekörper des Lampenkolbens der Deuteriumlampe weist in der optischen Achse eine Strahleintrittsöffnung für die Strahlung der hinter der Deuteriumlampe angeordneten Halogenlampe und eine gemeinsame Strahlaustrittsöffnung auf. Beide Lampenkolben können auch im gleichen Lampenaufnahmekörper untergebracht sein. Die Kühlung mittels Ventilator ist auch hier an der Rückseite des Lampengehäuses angeordnet und wirkt auf die aus der Strahlaustrittsöffnung austretende Strahlung nicht. Da kein Ozonfilter vorgesehen ist, wird - wie auch bei der Lampe gemäß EP 1 186 828 A1 - nur die Ozonbildung innerhalb der Lampe unterdrückt, nicht aber außerhalb der Lampe.Deuterium lamp and halogen lamp are arranged one behind the other on a common optical axis. The lamp receiving body of the lamp bulb of the deuterium lamp has a beam entry opening in the optical axis for the radiation of the halogen lamp arranged behind the deuterium lamp and a common beam exit opening. Both lamp bulbs can also be accommodated in the same lamp holder body. Cooling by means of a fan is also arranged on the rear of the lamp housing and does not act on the radiation emerging from the beam outlet opening. Since no ozone filter is provided, as with the lamp, EP 1 186 828 A1 - only suppresses the formation of ozone inside the lamp, but not outside the lamp.

Technische AufgabenstellungTechnical task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Lampenmodul mit einer Deuteriumlampe mit Ozonfilter bereitzustellen, das eine lange Lebensdauer zeigt, kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Intensität im Wellenlängenbereich zwischen 190 nm und 250 nm gewährleistet.The invention has for its object to provide a lamp module with a deuterium lamp with an ozone filter, which shows a long life, inexpensively can be produced and ensures a high intensity in the wavelength range between 190 nm and 250 nm.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Deuteriumlampe der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 offenbarte Lampenmodul gelöst.Starting from a deuterium lamp of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention by the lamp module disclosed in claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Deuteriumlampe wird ein Lampenkolben aus synthetischem Quarzglas verwendet, das eine exzellente UV-Durchlässigkeit auch im kurzwelligen Bereich bis etwa 150 nm gewährleistet. Der VUV-Kantenfilter absorbiert die kurzwellige UV-Strahlung mit Wellenlängen kleiner 190 nm, die ansonsten zur Ozonbildung außerhalb des Lampenmoduls führen könnte. Auf eine entsprechende Beschichtung des Quarzglas-Lampenkolbens mit einem Ozonfilter kann daher verzichtet werden. Dadurch bestehen vielfältige Möglichkeiten, den Lampenkolben im Gehäuse oder Lampenaufnahmekörper des Lampenmoduls anzuordnen. Der Quarzglas-Lampenkolben ist somit ein Standardbauteil, das eine kostengünstige Komponente für die Herstellung des Lampenmoduls darstellt. Die Abkürzug VUV steht für Vakuum-Ultraviolett und bezeichnet den Spektralbereich von etwa 100 nm bis etwa 190 nm.In the deuterium lamp according to the invention, a lamp bulb made of synthetic quartz glass is used, which ensures excellent UV transmission even in the short-wave range up to approximately 150 nm. The VUV edge filter absorbs the short-wave UV radiation with wavelengths less than 190 nm, which could otherwise lead to ozone formation outside the lamp module. A corresponding coating of the quartz glass lamp bulb with an ozone filter can therefore be dispensed with. As a result, there are various possibilities for arranging the lamp bulb in the housing or lamp receiving body of the lamp module. The quartz glass lamp bulb is therefore a standard component that represents an inexpensive component for the manufacture of the lamp module. The acronym VUV stands for vacuum ultraviolet and denotes the spectral range from about 100 nm to about 190 nm.

Da der Lampenkolben von dem Lampenaufnahmekörper umschlossen ist und eine Abdichtung gegenüber der Außenluft besteht, wird nur ein kleines Luftvolumen zwischen Quarzglaskolben und Gehäuseinnenraum eingeschlossen. In diesem eng begrenzten Raum ist Ozonbildung durch die aus dem Quarzglaskolben austretende kurzwellige Strahlung möglich und führt dort sehr schnell zu einer gesättigten Atmosphäre, die kaum Konvektion ausgesetzt ist und daher keine Wirkung auf die Stabilität der aus dem Lampenmodul austretenden Strahlung hat.Since the lamp bulb is enclosed by the lamp receiving body and there is a seal against the outside air, only a small volume of air is enclosed between the quartz glass bulb and the interior of the housing. In this narrowly confined space, ozone formation is possible due to the short-wave radiation emerging from the quartz glass bulb and there leads very quickly to a saturated atmosphere which is hardly exposed to convection and therefore has no effect on the stability of the radiation emerging from the lamp module.

Von entscheidender Bedeutung ist, dass durch den in der Strahlaustrittsöffnung angeordneten VUV-Kantenfilter die Ozonbildung durch scharfes Ausfiltern des Wellenlängenbereichs kleiner 190 nm in der Außenumgebung des Lampenmoduls verhindert. Der Filter zeigt daher eine hohe Transmission im Wellenlängenbereich oberhalb von 190 nm, so dass das für spektralanalytische Zwecke nutzbare Spektrum bei dem erfindungsgemäßen Lampenmodul für die meisten Anwendungen dennoch groß genug ist.It is of crucial importance that the VUV edge filter arranged in the beam outlet opening prevents the formation of ozone by sharply filtering out the wavelength range below 190 nm in the outside environment of the lamp module prevented. The filter therefore shows a high transmission in the wavelength range above 190 nm, so that the spectrum usable for spectral analysis purposes is nevertheless large enough for most applications in the lamp module according to the invention.

Infolge der Anordnung des Filters in einem Abstand von der Oberfläche des Quarzglaskolbens ist dieser einer geringen thermischen Belastung ausgesetzt, was seine Lebensdauer und damit auch die des gesamten Lampenmoduls deutlich verlängert.As a result of the arrangement of the filter at a distance from the surface of the quartz glass bulb, it is exposed to a low thermal load, which significantly extends its service life and thus that of the entire lamp module.

Bei dem die Strahlaustrittsöffnung verschließenden optischen Durchstrahlungselement handelt es sich beispielsweise um eine Kondensorlinse oder um eine einfache Scheibe, die lediglich als optisches Fenster dient.The optical transmission element that closes the beam outlet opening is, for example, a condenser lens or a simple pane that only serves as an optical window.

Erfindungsgemäß ist der Lampenkolben in den Hohlraum des Lampenaufnahmekörpers unter Belassung eines Spalts eingefügt, dessen Spaltweite im Bereich zwischen 0,5 mm und 5 mm liegt.According to the invention, the lamp bulb is inserted into the cavity of the lamp holder body leaving a gap, the gap width of which lies in the range between 0.5 mm and 5 mm.

Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das optische Durchstrahlungselement in der Strahlaustrittsöffnung in einem Abstand vom Lampenkolben von maximal 20 mm angeordnet ist.In addition, it has proven to be advantageous if the optical transmission element is arranged in the beam outlet opening at a distance of a maximum of 20 mm from the lamp bulb.

Durch diese geometrische Auslegung des Raumes um den Lampenkolben herum und zur Strahlauskopplung hin werden die Einflüsse der in diesem Volumen auftretenden Ozonbildung minimiert. Es wird bei dieser Anordnung schnell eine Sättigung der Ozonatmosphäre erreicht, so dass sich keine zeitlich veränderlichen Auswirkungen auf die austretende Strahlung ergeben. Etwaige Intensitätsverluste durch Ozonabsorption im Bereich zwischen 200 nm und 300 nm werden durch eine möglichst kurze optische Weglänge innerhalb der gesättigten Ozonatmosphäre minimiert. Darüber ergibt sich eine optimale Kühlwirkung wenn der kühlbare Lampenaufnahmekörper in geringem Abstand zur Lampenkolbenoberfläche verläuft.This geometric design of the space around the lamp bulb and towards the beam decoupling minimizes the effects of the ozone formation occurring in this volume. With this arrangement, the saturation of the ozone atmosphere is quickly achieved, so that there are no effects which change over time on the emerging radiation. Any loss of intensity due to ozone absorption in the range between 200 nm and 300 nm is minimized by the shortest possible optical path length within the saturated ozone atmosphere. In addition, there is an optimal cooling effect when the coolable lamp holder body runs at a short distance from the lamp bulb surface.

Eine weitergehende Optimierung im Hinblick auf eine vollständige Unterdrückung der Ozonbildung innerhalb des Lampenaufnahmekörpers kann erreicht werden, wenn der Spalt unter Vakuum gehalten wird oder mit einem sauerstofffreien Gas gefüllt ist.A further optimization with regard to a complete suppression of the ozone formation within the lamp holder body can be achieved if the gap is kept under vacuum or is filled with an oxygen-free gas.

Als sauerstofffreie Gase sind Stickstoff oder auch Edelgase geeignet.Nitrogen or noble gases are suitable as oxygen-free gases.

Vorzugsweise ist der Lampenaufnahmekörper als metallischer Kühlköper ausgebildet.The lamp holder body is preferably designed as a metallic heat sink.

Je nach Betriebsweise des Lampenmoduls wird der Lampenkolben schnell sehr heiß und muss gekühlt werden. Ist der Lampenaufnahmekörper aus Metall ausgeführt - beispielsweise als Aluminiumbauteil - wirkt das gut Wärme leitende Metall als Kühlkörper, so dass auf eine zusätzliche Ventilation oder andere Kühlmaßnahmen verzichtet werden kann, was einen wirtschaftlichen Betrieb des Lampenmoduls erleichtert.Depending on the mode of operation of the lamp module, the lamp bulb quickly becomes very hot and must be cooled. If the lamp holder body is made of metal - for example as an aluminum component - the heat-conducting metal acts as a heat sink, so that additional ventilation or other cooling measures can be dispensed with, which facilitates economical operation of the lamp module.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kantenfilter direkt auf der Oberfläche des optischen Durchstrahlungselements in der Strahlaustrittsöffnung angeordnet.In a preferred embodiment, the edge filter is arranged directly on the surface of the optical transmission element in the beam outlet opening.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass im optischen System die Anzahl der Grenzflächen, durch die die Strahlung hindurchtreten muss beziehungsweise an denen Strahlung absorbiert wird, gegenüber einem separaten Kantenfilter verringert wird und im Vergleich dazu der Anteil an nutzbarer Strahlung um bis zu etwa 8 % höher liegt. Außerdem können solche Kantenfilter mittels kostengünstiger Verfahren auf Linsen oder ebenen Fenstern aufgetragen werden.This embodiment has the advantage that the number of interfaces through which the radiation has to pass or at which radiation is absorbed is reduced in the optical system compared to a separate edge filter and, in comparison, the proportion of usable radiation is up to about 8% higher lies. In addition, such edge filters can be applied to lenses or flat windows using cost-effective methods.

Eine Alternative für die Anordnung des Kantenfilters besteht darin, dass der Filter in einem Abstand von der Oberfläche des optischen Durchstrahlungselements in der Strahlaustrittsöffnung angeordnet ist.An alternative for the arrangement of the edge filter is that the filter is arranged in the beam exit opening at a distance from the surface of the optical transmission element.

Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Kantenfilter als eigenständiges Bauteil eingesetzt werden und auch bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Filterplättchen dieser Art sind robust und ihre Montage in der Strahlaustrittsöffnung ist einfach. Sie liegen beispielsweise als Platte aus absorbierendem Filterglas vor oder in Form einer Platte aus synthetischem Quarzglas vor, das mit dem Filtermaterial beschichtet ist. Da das separate Filterbauteil - im Gegensatz zum Lampenkolben - kaum mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, kann es wesentlich dünner sein, als die Wandung des Lampenkolbens. Bevorzugte Dicken des Filterbauteils liegen im Bereich von 0,1 bis 1 mm, besonders bevorzugt maximal 0,3 mm. wegen der geringeren Dicke ist die Transmission für die gewünschte optische Strahlung beim Filterbauteil größer als beim Lampenkolben.This arrangement has the advantage that the edge filter can be used as an independent component and can also be replaced if necessary. Filter plates of this type are robust and their installation in the beam outlet opening is simple. They are present, for example, as a plate made of absorbent filter glass or in the form of a plate made of synthetic quartz glass, which is in contact with the filter material is coated. Since the separate filter component - unlike the lamp bulb - is hardly exposed to mechanical loads, it can be much thinner than the wall of the lamp bulb. Preferred thicknesses of the filter component are in the range from 0.1 to 1 mm, particularly preferably at most 0.3 mm. Because of the smaller thickness, the transmission for the desired optical radiation in the filter component is greater than in the lamp bulb.

Vorteilhafterweise ist der VUV-Kantenfilter ein Absorptionsfilter oder ein Interferenzfilter oder eine Kombination dieser beiden Filtertypen.The VUV edge filter is advantageously an absorption filter or an interference filter or a combination of these two filter types.

Absorptionsfilter bestehen aus einem absorbierenden Werkstoff, wie beispielsweise einem UV-absorbierenden Glas. Sie sind kostengünstig, zeigen aber häufig eine wenig steile Absorptionskante, die materialabhängig und nicht veränderbar ist. Diese Nachteile vermeiden Interferenzfilter, wie sie beispielsweise in der DE 39 021 44 A1 beschrieben sind. Diese bestehen aus einem beschichteten Grundwerkstoff, wobei die Lage der Absorptionskante über die Dicke der Beschichtung beeinflusst werden kann.Absorption filters are made of an absorbent material, such as a UV-absorbing glass. They are inexpensive, but often have a slightly steep absorption edge that is material-dependent and cannot be changed. These disadvantages avoid interference filters, such as those used in the DE 39 021 44 A1 are described. These consist of a coated base material, whereby the position of the absorption edge can be influenced via the thickness of the coating.

Es hat sich bewährt, wenn der Kantenfilter ein Mehrfachschichtmaterial umfasst.It has proven useful if the edge filter comprises a multi-layer material.

Bei einem Kantenfilter aus einem Mehrfachschichtmaterial kann die Lage und Steilheit der Absorptionskante an die konkreten Anforderungen besser angepasst und optimiert werden. Zudem wird durch Mehrfachschichten die so genannte "Welligkeit" der Filterwirkung im Bereich der Transmissionswellenlänge verringert, die auf Interferenzeffekte zurückzuführen ist.With an edge filter made of a multi-layer material, the position and slope of the absorption edge can be better adapted and optimized to the specific requirements. In addition, the so-called "ripple" of the filter effect in the region of the transmission wavelength is reduced by multiple layers, which is attributable to interference effects.

Die Absorptionskante des Kantenfilters liegt bevorzugt im Bereich von 180 nm bis 200 nm.The absorption edge of the edge filter is preferably in the range from 180 nm to 200 nm.

Um den Austritt von Ozon aus dem Lampengehäuse zu vermindern oder zu verhindern, ist die Strahlaustrittsöffnung vorzugsweise außen abgedichtet ist.In order to reduce or prevent the escape of ozone from the lamp housing, the beam outlet opening is preferably sealed on the outside.

Bei geringen Anforderungen an die Dichtheit kann hierfür ein feines Gewinde zwischen der Kondensorlinse und dem Lampengehäuse genügen.If the tightness requirements are low, a fine thread between the condenser lens and the lamp housing can suffice.

Im Hinblick auf eine Erweiterung des Wellenlängenbereichs wird eine Ausführungsform des Lampenmoduls besonders bevorzugt, bei dem im Hohlraum des Lampenaufnahmekörpers eine zweite Spektral-Lampe angeordnet ist, deren Strahl durch den Lampenkolben der Deuteriumlampe hindurch zur Strahlaustrittsöffnung gelenkt wird.In view of an expansion of the wavelength range, an embodiment of the lamp module is particularly preferred in which a second spectral lamp is arranged in the cavity of the lamp holder body, the beam of which is directed through the lamp bulb of the deuterium lamp to the beam outlet opening.

Für die Spektralphotometrie ist es vorteilhaft, wenn der Wellenlängenbereich des nutzbaren Spektrums möglichst breit ist. Der Einsatz einer zweiten Spektral-Lampe mit anderem Emissionsspektrum als die Deuteriumlampe kommt dieser Anforderung entgegen. Überdies kann von Fall zu Fall auch nur eine der beiden Spektral-Lampen zum Einsatz kommen, so dass ein derartiges Lampenmodul flexibel einsetzbar ist.For spectrophotometry, it is advantageous if the wavelength range of the usable spectrum is as wide as possible. The use of a second spectral lamp with a different emission spectrum than the deuterium lamp meets this requirement. In addition, only one of the two spectral lamps can be used from case to case, so that such a lamp module can be used flexibly.

Für die Spektralphotometeranwendung hat es sich bewährt, wenn die zweite Spektral-Lampe eine Halogenlampe oder eine LED ist.For the spectrophotometer application, it has proven useful if the second spectral lamp is a halogen lamp or an LED.

Der typischerweise bei Halogenlampen genutzte Wellenlängenbereich der Strahlung liegt zwischen 350 und 1100 nm. Somit deckt die Kombination mit einer Deuteriumlampe ein breites Spektrum von 190 nm bis 1100 nm ab.The wavelength range of radiation typically used in halogen lamps is between 350 and 1100 nm. Thus, the combination with a deuterium lamp covers a broad spectrum from 190 nm to 1100 nm.

AusführungsbeispielEmbodiment

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt dabei in schematischer Darstellung im Einzelnen:

Figur 1

eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lampenmoduls in einer Seitenansicht im Schnitt mit einem Filter direkt auf der Oberfläche der Kondensorlinse, und

Figur 2

eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lampenmoduls in einer Seitenansicht im Schnitt mit einem von der Kondensorlinse beabstandeten Filter.

The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and a drawing. It shows the following in a schematic representation:

Figure 1

an embodiment of the lamp module according to the invention in a side view in section with a filter directly on the surface of the condenser lens, and

Figure 2

a further embodiment of the lamp module according to the invention in a side view in section with a filter spaced from the condenser lens.

Beispiel 1example 1

Die in Figur 1 in schematischer Darstellung gezeigte Ausführung des erfindungsgemäßen Lampenmoduls weist einen aus Aluminium bestehenden Lampenaufnahmekörper 1 auf, der als Kühlköper dient. Der Lampenaufnahmekörper 1 hat einen Hohlraum 1a, in den ein oder mehrere Spektrallampen einsetzbar sind. Im konkreten Fall sind im Hohlraum 1a des Lampenaufnahmekörpers 1 eine Deuteriumlampe mit Quarzglas-Lampenkolben 2 und auf derselben optischen Achse eine Halogenlampe mit dem Lampenkolben 3 eingesetzt.In the Figure 1 The embodiment of the lamp module according to the invention shown in a schematic representation has a lamp holder body 1 made of aluminum, which serves as a heat sink. The lamp holder body 1 has a cavity 1a in which one or more spectral lamps can be used. In the specific case, a deuterium lamp with a quartz glass lamp bulb 2 and a halogen lamp with the lamp bulb 3 are used in the cavity 1a of the lamp holder body 1.

Der Lampenkolben 2 der Deuteriumlampe besteht aus synthetischem Quarzglas. Um die Kühlwirkung des Lampenaufnahmekörpers 1 auf die in seinem Hohlraum 1a eingesetzten Lampenkolben 2 optimal ausnutzen zu können, ist der Lampenkolben 2 unter Belassung eines geringen Spalts 12 zwischen Aufnahmekörper 1 und Lampenkolben 2 in den Lampenaufnahmekörper 1 eingesetzt. Die Spaltweite beträgt etwa 2 mm.The lamp bulb 2 of the deuterium lamp is made of synthetic quartz glass. In order to be able to optimally utilize the cooling effect of the lamp receiving body 1 on the lamp bulb 2 inserted in its cavity 1a, the lamp bulb 2 is inserted into the lamp receiving body 1 while leaving a small gap 12 between the receiving body 1 and the lamp bulb 2. The gap width is about 2 mm.

Das Spaltvolumen ist mit Luft gefüllt, so dass in diesem kleinen Volumen durch die aus dem Lampenkolben 2 austretenden Strahlungsanteile mit Wellenlängen <190 nm Ozon gebildet wird. Bei sehr kleinen Volumina ist die Atmosphäre jedoch sehr bald mit Ozon gesättigt, was aber praktisch keinen Einfluss auf die Qualität der aus dem Lampenmodul austretenden Strahlung hat.The gap volume is filled with air, so that ozone is formed in this small volume by the radiation components emerging from the lamp bulb 2 with wavelengths <190 nm. With very small volumes, however, the atmosphere is soon saturated with ozone, which has practically no effect on the quality of the radiation emerging from the lamp module.

Wenn auch in diesem Spaltvolumen die Ozonbildung verhindert werden soll, kann das Spaltvolumen evakuiert oder mit einem sauerstofffreien Gas, wie etwa Stickstoff oder Argon gefüllt oder gespült werden.If ozone formation is also to be prevented in this gap volume, the gap volume can be evacuated or filled or flushed with an oxygen-free gas such as nitrogen or argon.

Der Lampenaufnahmekörper 1 hat weiterhin in Richtung der zentralen optischen Achse ein Anschlussstück als Strahlaustrittsöffnung 4. In dieser Strahlaustrittsöffnung 4 ist eine plankonvexe Kondensorlinse 5 mit einem auf der dem Lampenkolben 3 zugewandten Seite aufgebrachten VUV-Kantenfilter 6 fixiert. Die Kondensorlinse 5 und der VUV-Kantenfilter 6 bilden ein integrales Bauteil, das auf der optischen Achse des Lampenmoduls im Abstand von etwa 3 mm von der Oberfläche des Lampenkolbens 2 der Deuteriumlampe entfernt angeordnet ist.The lamp holder body 1 also has a connector in the direction of the central optical axis as a beam outlet opening 4. In this beam outlet opening 4, a plano-convex condenser lens 5 is fixed with a VUV edge filter 6 applied to the side facing the lamp bulb 3. The condenser lens 5 and the VUV edge filter 6 form an integral component which is arranged on the optical axis of the lamp module at a distance of approximately 3 mm from the surface of the lamp bulb 2 of the deuterium lamp.

Die Fixierung von Kondensorlinse 5 und Filter 6 erfolgt dadurch, dass die Bauteile in einer gedichteten Ringfassung 10 umlaufend in die Strahlaustrittsöffnung 4 eingeklebt werden. Es ist damit gewährleistet, dass kein Luftaustausch zwischen der Umgebung und dem Hohlraum 1a des Lampenaufnahmekörpers 1 stattfinden kann.The condenser lens 5 and filter 6 are fixed in that the components are glued circumferentially into the beam outlet opening 4 in a sealed ring mount 10. It is thus ensured that no air exchange can take place between the surroundings and the cavity 1a of the lamp holder body 1.

Der VUV-Kantenfilter 6 ist ein Interferenzfilter mit einer Mehrfachschichtanordnung. Durch die direkte Anordnung des Filters 6 auf der Kondensorlinse 5 wird die Anzahl der Grenzflächen für die austretende Strahlung minimiert, was den Anteil der nutzbaren Strahlung gegenüber einer Anordnung mit einem von der Kondensorlinse getrennt angeordneten Filter um bis zu 8 % erhöht.The VUV edge filter 6 is an interference filter with a multilayer arrangement. The direct arrangement of the filter 6 on the condenser lens 5 minimizes the number of interfaces for the emerging radiation, which increases the proportion of usable radiation compared to an arrangement with a filter arranged separately from the condenser lens by up to 8%.

In einer alternativen Ausführungsform besteht der Kantenfilter 6 aus einer Kombination aus Interferenz- und Absorptionsfilter. Dabei wird auf ein Grundbauteil aus einem absorbierenden Werkstoff ein Schichtsystem aus mehreren Interferenzschichten aufgetragen.In an alternative embodiment, the edge filter 6 consists of a combination of an interference and an absorption filter. A layer system consisting of several interference layers is applied to a basic component made of an absorbent material.

An der der Strahlaustrittsöffnung 4 auf der optischen Achse gegenüberliegenden Seite ist, wie anfangs erwähnt, hinter der Deuteriumlampe eine Halogenlampe mit einem Lampenkolben 3 angeordnet. Die aus dem Lampenkolben 3 der Halogenlampe austretende Strahlung wird, gegebenenfalls über eine Linse 8 oder ein Linsensystem gebündelt, durch den Lampenkolben 2 der Deuteriumlampe hindurchgeführt. Somit ergänzen sich die Wellenlängenbereiche der beiden Spektral-Lampen zu einem breiteren Spektrum, das durch den VUV-Kantenfilter 6 in der Strahlaustrittsöffnung 4 des Lampenmoduls nur durch den Wellenlängenbereich kleiner 190 nm beschnitten wird.On the side opposite the beam outlet opening 4 on the optical axis, as mentioned at the beginning, a halogen lamp with a lamp bulb 3 is arranged behind the deuterium lamp. The radiation emerging from the lamp bulb 3 of the halogen lamp is guided through the lamp bulb 2 of the deuterium lamp, optionally bundled via a lens 8 or a lens system. The wavelength ranges of the two spectral lamps thus complement one another to form a wider spectrum, which is cut by the VUV edge filter 6 in the beam outlet opening 4 of the lamp module only by the wavelength range less than 190 nm.

Beispiel 2Example 2

Das Lampenmodul gemäß Figur 2 besteht im Wesentlichen aus der gleichen Anordnung wie im Beispiel 1 beschrieben. Jedoch ist hier der VUV-Kantenfilter 9 als ein selbstragendes Filterplättchen ausgebildet, das in einem Abstand von 3 mm von der plankonvexen Kondensorlinse 5 in der Strahlaustrittsöffnung 4 fixiert ist. Das Filterplättchen 9 ist mit einem Schraubring 10 eingefasst, mittels dem es in der Strahlaustrittsöffnung 4 eingeschraubt ist. Bei alternativen Ausführungsformen ist das Filterplättchen in die Strahlaustrittsöffnung 4 eingeklemmt oder eingeklebt.The lamp module according to Figure 2 consists essentially of the same arrangement as described in Example 1. However, here the VUV edge filter 9 is designed as a self-supporting filter plate, which is fixed in the beam outlet opening 4 at a distance of 3 mm from the plano-convex condenser lens 5. The filter plate 9 is edged with a screw ring 10, by means of which it is screwed into the beam outlet opening 4. In alternative embodiments, the filter plate is clamped or glued into the beam outlet opening 4.

In diesem Fall besteht das Filterplättchen 9 aus synthetischem Quarzglas, das mit einer Schicht aus dem Filtermaterial beschichtet ist. Es kann leicht montiert und entnommen werden, so dass auch ein eventueller Ersatz durch einen anderen Filtertyp oder aus Reparaturgründen einfach möglich ist. Die Fixierung ist so gestaltet, dass kein Luftaustausch zwischen der Umgebung und dem Hohlraum 1a des Lampenaufnahmekörpers 1 stattfinden kann. Zu diesem Zweck liegt das Filterplättchen 9 über einen Dichtring an einem Absatz an (nicht dargestellt), gegen den es mittels eines Federringes von der Lampeninnenseite aus gepresst wird, der wiederum in einer Nut in der Strahlenaustrittsöffnung 4 eingelegt ist.In this case, the filter plate 9 consists of synthetic quartz glass, which is coated with a layer of the filter material. It can be easily installed and removed so that it can also be replaced with another filter type or for repair reasons. The fixation is designed so that no air exchange can take place between the surroundings and the cavity 1 a of the lamp holder body 1. For this purpose, the filter plate 9 lies against a shoulder (not shown) via a sealing ring, against which it is pressed by means of a spring ring from the inside of the lamp, which in turn is inserted in a groove in the radiation outlet opening 4.

Bei dieser Ausführungsform erübrigt sich eine abdichtende Fixierung der in Richtung Strahlaustritt nach dem VUV-Kantenfilter 9 in der Strahlaustrittsöffnung 4 eingesetzten Kondensorlinse 5, was deren Austausch gegebenenfalls erleichtert.In this embodiment, there is no need for a sealing fixation of the condenser lens 5 inserted in the direction of the beam outlet after the VUV edge filter 9 in the beam outlet opening 4, which may make it easier to replace it.

Der Kantenfilter ist auf der optischen Achse des Lampenmoduls im Abstand von 3 mm von der Oberfläche des Lampenkolbens 2 der Deuteriumlampe angeordnet. Dieses Abstandsmaß sollte nicht überschritten werden, da sonst das in die Strahlaustrittsöffnung 4 bis zum VUV-Kantenfilter 9 erweiterte Spaltvolumen zwischen dem Lampenkolben 2 der Deuteriumlampe und dem Hohlraum 1a des Lampenaufnahmekörpers 1 zu groß wird. Unter diesen Bedingungen kann die dort entstehende Ozonatmosphäre unter Konvektionseinfluss geraten, was wiederum die Stabilität des austretenden Wellenlängenspektrums beeinträchtigen könnte. Zudem wird die Strahlungsintensität durch Absorption in der ozonhaltigen Atmosphäre beeinträchtigt.The edge filter is arranged on the optical axis of the lamp module at a distance of 3 mm from the surface of the lamp bulb 2 of the deuterium lamp. This distance dimension should not be exceeded, since otherwise the gap volume between the lamp bulb 2 of the deuterium lamp and the cavity 1a of the lamp holder body 1, which is expanded into the beam outlet opening 4 up to the VUV edge filter 9, becomes too large. Under these conditions, the ozone atmosphere created there can come under the influence of convection, which in turn could impair the stability of the emerging wavelength spectrum. In addition, the radiation intensity is affected by absorption in the ozone-containing atmosphere.

Die Ausführungsform des Lampenmoduls mit selbsttragendem VUV-Kantenfilter 9 ist besonders geeignet für einen Einsatz als Strahlenquelle von Spektrometern, in der Flüssigkeitschromatographie (HPLC und UHPLC) in der Kapillarelektrophorese und in der Dünnschichtchromatographie.The embodiment of the lamp module with self-supporting VUV edge filter 9 is particularly suitable for use as a radiation source for spectrometers, in liquid chromatography (HPLC and UHPLC) in capillary electrophoresis and in thin-layer chromatography.

Claims (9)

1. A lamp module for spectral analysis devices, comprising a deuterium lamp (2), an optical transmission element (5), a VUV edge filter (6; 9), and a lamp receiving body (1) receiving the deuterium lamp (2) having a lamp bulb made of synthetic quartz glass in a cavity (1a) comprising a beam outlet opening (4) closed by means of the optical transmission element (5), characterised in that the lamp bulb (2) is enclosed by the lamp receiving body (1) and a seal against the ambient air exists, so that only a small air volume is trapped between lamp bulb (2) and internal housing wall, wherein the lamp bulb is inserted into the cavity (12) of the lamp receiving body by leaving a gap (2a), the gap width of which lies in the range of between 0.5 mm and 5 mm,
   and that the VUV edge filter (6; 9) is arranged in the beam outlet opening (4) and on the side of the optical transmission element (5) facing the deuterium lamp (2), wherein the VUV edge filter absorbs short-wave UV radiation with wavelengths of less than 190 nm,
   wherein the edge filter (6) is arranged in the beam outlet opening (4) directly on the surface of the optical transmission element (5),
   or wherein the edge filter (9) is formed as filter platelet and is arranged in the beam outlet opening (4) at a distance from the surface of the optical transmission element (5).
2. The lamp module according to claim 1, characterised in that the optical transmission element (5) is arranged in the beam outlet opening (4) at a distance of maximally 20 mm from the lamp bulb.
3. The lamp module according to any one of the preceding claims, characterised in that the lamp receiving body (1) is formed as metallic cooling body.
4. The lamp module according to claim 1, characterised in that the filter platelet (9) has a thickness in the range of from 0.1 to 1 mm.
5. The lamp module according to any one of the preceding claims, characterised in that the edge filter (6; 9) is an absorption filter or an interference filter or a combination of these two filter types.
6. The lamp module according to any one of the preceding claims, characterised in that the edge filter (6; 9) comprises a multilayer material.
7. The lamp module according to any one of the preceding claims, characterised in that the beam outlet opening (4) is sealed to the outside.
8. The lamp module according to any one of the preceding claims, characterised in that a second spectral lamp (3), the beam of which is guided through the lamp bulb of the deuterium lamp (2) to the beam outlet opening (4), is arranged in the cavity (12) of the lamp receiving body (1).
9. The lamp module according to claim 8, characterised in that the second spectral lamp (3) is a halogen lamp or an LED.

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